Nghiên cứu về sợi bazan trong ứng dụng kỹ thuật xây dựng

1. Hướng dẫn ứng dụng chính

• Vật liệu gia cố bê tông

Bê tông sợi (BFRC): Lối tắt Sợi bazans (6-24mm) được trộn vào bê tông (lượng trộn 0,1%-0,5%), có thể cải thiện đáng kể khả năng chống nứt (giảm độ rộng vết nứt 30%-50%), khả năng chống va đập (tăng gấp 2-3 lần) và độ bền (khả năng chống chu kỳ đóng băng-tan băng tăng 40%).

Thay thế cốt thép: Trong môi trường ăn mòn (ví dụ như kỹ thuật hàng hải), thanh cốt sợi bazan (Thanh BFRP) có thể thay thế cốt thép để tránh các vấn đề ăn mòn. Ví dụ, việc sử dụng bfrp Việc gia cố trụ cầu vượt biển ở Thanh Đảo dự kiến ​​sẽ kéo dài tuổi thọ của cây cầu này lên hơn 100 năm.

• Gia cố và sửa chữa kết cấu

Gia cố bằng lưới/vải sợi: Vải sợi bazan (cường độ chịu kéo ≥2000MPa) được dán lên bề mặt dầm và cột, có thể tăng khả năng chịu tải lên 20%-30%. Ví dụ, sau khi một cây cầu cũ ở Tứ Xuyên được gia cố bằng vải sợi bazan, tải trọng được nâng cấp từ Đường cao tốc II lên Cấp I.

Gia cố địa chấn: vật liệu composite gia cường sợi (BFRP) cột bê tông bọc, có thể tăng cường độ dẻo và khả năng tiêu thụ năng lượng, phù hợp cho các tòa nhà ở khu vực dễ xảy ra động đất.

• Cấu trúc tổng hợp mới

Tấm panel sợi bazan-polymer: dùng làm mái nhẹ, vách ngăn, có độ bền và khả năng cách nhiệt cao (độ dẫn nhiệt ≤ 0,05 W/mK).

Vật liệu xây dựng in 3D: sợi bazan-Vật liệu xi măng gia cường có thể thực hiện in kết cấu phức tạp và giảm thiểu chất thải xây dựng.

2. Ưu điểm kỹ thuật và dữ liệu cốt lõi

3. Tiến trình nghiên cứu và các trường hợp điển hình

• Nghiên cứu trong nước

Đại học Thanh Hoa: phát triển bê tông biến tính composite sợi bazan-nano-silica có cường độ nén tăng 25% và độ thấm ion clorua giảm 60%.

Đại học Đông Nam: Đề xuất công nghệ dầm bê tông cốt thép gia cường bằng nhựa BF/epoxy, kéo dài tuổi thọ chịu mỏi hơn 3 lần.

• Ứng dụng quốc tế

Nhật Bản: Sau trận động đất Hanshin, một tòa nhà cao tầng ở Osaka đã sử dụng tường chịu lực gia cố bằng lưới BF và hiệu suất chống động đất được cải thiện 40%.

Châu Âu: Bê tông cốt thép BF được sử dụng trong các cổng kiểm soát lũ lụt ở Venice, Ý, có tuổi thọ 50 năm để chống xói mòn do nước biển.

• Các trường hợp kỹ thuật

Trung Quốc - Cầu Hồng Kông-Chu Hải-Macao: Sợi bazan Vật liệu composite được sử dụng trong lớp chống ăn mòn của một số trụ cầu, giúp giảm 30% chi phí bảo trì.

Hoa Kỳ - Hệ thống vận tải nhanh vùng vịnh San Francisco (BART): Vải BF được sử dụng để gia cố lớp lót đường hầm, tăng khả năng chống biến dạng lên 25%.

4. Thách thức và định hướng tương lai

• Các vấn đề hiện có

Hiệu suất liên kết giao diện không đủ: giao diện giữa sợi và bê tông/nhựa dễ bị bong tróc, cần phát triển các tác nhân liên kết mới (ví dụ, chất biến tính silan).

Thiếu dữ liệu hiệu suất dài hạn: đặc tính biến dạng của cốt thép BF trong môi trường nhiệt độ và độ ẩm cao (dữ liệu hơn 10 năm vẫn chưa hoàn hảo).

Tính thống nhất của hệ thống tiêu chuẩn: thông số kỹ thuật thiết kế kỹ thuật cho vật liệu BF ở nhiều quốc gia vẫn chưa được thiết lập đầy đủ (Trung Quốc đã ban hành GB/T 38143-2019, nhưng các chi tiết ứng dụng vẫn đang được tinh chỉnh).

• Hướng nghiên cứu trong tương lai

Vật liệu composite sợi thông minh: cảm biến nhúng để theo dõi tình trạng kết cấu (ví dụ: tự nhận biết về biến dạng, vết nứt).

Công nghệ chế biến xanh: giảm nhiệt độ nóng chảy và kéo (hiện tại cần 1400-1500℃) và phát triển quy trình ít carbon.

Gia cố hiệp đồng đa quy mô: pha trộn với sợi carbon và sợi thép để tạo ra vật liệu composite có độ dốc.

5.Tóm tắt

Ứng dụng của sợi bazan Kỹ thuật xây dựng đã chuyển từ phòng thí nghiệm sang thực hành kỹ thuật, với các đặc tính tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường, đáp ứng nhu cầu xây dựng xanh theo mục tiêu “carbon kép”. Trong tương lai, cần phải đột phá về tối ưu hóa giao diện, kiểm tra độ bền lâu dài và các công nghệ then chốt khác, đồng thời thúc đẩy cải thiện thông số kỹ thuật thiết kế và sự phối hợp chuỗi công nghiệp, nhằm đẩy nhanh ứng dụng quy mô lớn trong các lĩnh vực cơ sở hạ tầng quy mô lớn, kỹ thuật hàng hải, phòng chống động đất và thảm họa, v.v.